2 ANALYYSI. 2.1 Yleistä Suomesta vietävistä puutavaralasteista

Transkriptio

1 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne ANALYYSI 2.1 Yleistä Suomesta vietävistä puutavaralasteista Sahatavaran kokonaisvienti Suomesta vuonna 2001 oli m 3. Kuljetus tapahtuu laivoilla, jotka ovat enimmäkseen ilman omia nostolaitteita, tai niiden nostolaitteet eivät täytä järjestysohjeiden mukaisia kriteerejä lastattaessa Suomen satamissa. Välimeren alueelle ja Pohjois-Afrikkaan suuntautuvat laivaukset toimitetaan hakurahtina. Laivatyypit ovat usein perinteisiä. Kansilastin osuus on noin 1/3 koko lastista. Sahatavaraa viedään useiden satamien kautta. Nykyään sahatavaran tuotantokapasiteetista huomattava osa sijaitsee sisämaassa lähellä raaka-aineita. Tärkeimpiä sahatavaran vientiä koskevia muutoksia olivat siirtyminen ympärivuotiseen laivaukseen, keinokuivaukseen ja standardoituun pakettikokoon. Sahatavaran siirtyminen puhtaaseen linjaliikenteeseen on ollut hidasta. Liikenne on edelleenkin useasti hakurahtiliikennettä. Tähän on vaikuttanut osaltaan se, että kauppa Pohjois-Afrikan maihin on kasvanut (sahatavaran kokonaisvientimäärästä yli 20%). Toimitusehdot ovat yleensä perinteiset ja ostajat hoitavat itse toimitukset käyttäen suuria hakurahtialuksia. Myös usean Länsi-Euroopan maan sahatavaran tuonti kulkee suurten maahantuojien ja puutavaraliikkeiden kautta, jotka pyrkivät hoitamaan kuljetukset itse sahatavaran kuljetukseen erikoistuneilla aluksilla. Sataman tehokkuuteen ja palvelutasoon vaikuttavat oheispalvelut. Aluksen käynti satamassa edellyttää huomattavaa määrää erilaisia toimenpiteitä. Laivaselvittäjät huolehtivat aluksen satamakäyntiin liittyvistä asiapapereista. Huolitsijat toimivat tavaran lähettäjän tai vastaanottajan edustajana tehtävissä, joita ovat mm: tavaroiden siirtoon ja käsittelyyn liittyvät koordinointitehtävät, tullimuodollisuudet, maksujen maksaminen, tarvittavista kuljetuksista huolehtiminen, kuljetusasiakirjojen laatiminen. Huolintayritys voi toimia joko agenttina, jolloin sillä ei ole rahdinkuljettajan vastuuta, tai itsenäisenä rahdinkuljettajana. Kuljetus tapahtuu sovittujen laivausehtojen mukaan. Ahtausliike lastaa ja/tai purkaa aluksen sopimuksen mukaisesti ja suorittaa tavaroiden käsittelyä satama-alueella. Sahatavaran vientikäsittely tapahtuu samojen periaatteiden mukaisesti eri satamista. Satamalla on merkittävä osuus kustannustekijänä kuljetusketjussa. Sahatun puutavaran yleisimmät koot paksuuden ja leveyden osalta on määritelty Suomessa esim. RT :ssa. Poikkileikkausmittojen suurimmat sallitut mittapoikkeamat noudattavat EN 336 standardia. Paksuus- ja leveysmitat tarkoittavat tavaran nimellismittoja 20% kosteudessa. Runkorakenteisiin käytetyn sahatavaran kosteusaste on tavallisesti 15-24% kuivapainosta. Sahatavaran yleisimmät pituudet vaihtelevat millimetriin 300 mm välein siten, että sivulautojen pituus vaihtelee mm ja keskitavara mm. Sahatavara on yleisnimitys vähintään neljältä sivulta sa- 29

2 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne hatulle puutavaralle. Mänty- ja kuusisahatavaran ohjeelliset laatuluokat perustuvat yhteispohjoismaisiin sahatavaran lajitteluohjeisiin. Kuivan puutavaran keskimääräiset tilavuuspainot ovat männyllä 0,52 t/m 3 ja kuusella 0,42 t/m 3 (absoluuttisen kuiva puu). Paketoitua sahatavaraa toimitetaan sekä pituuspaketoituna, että trukkipakettina (toinen pääty epätasainen). Nykyään lähes kaikki vientilaivattu sahatavara on pituuspaketoitua. Yleisin koko on 1,15 1,15 1,80 6,00m. Paino vaihtelee kosteuden mukaan. Sitominen paketiksi suoritetaan teräsvanteilla ilman aluspuita. Pituuspaketoidut sahatavaraniput voidaan huputtaa, mikäli ostaja niin haluaa. Huputtaminen on sahatavaran käyttökelpoisena pysymisen kannalta usein välttämätöntä, sillä ostaja varastoi sahatavaraniput usein ulkona. Tyypillisiä materiaaleja sahatavarahupuille ovat pahvi-/paperihuput, joita on vahvistettu keinokuitulangoituksella ja pinnoitettu sään kestävällä materiaalilla, tai materiaalina on säänkestävä muovi (kirkas, värillinen). Huppumateriaalien kitkakerroin vaihtelee. Jotkut sahat käyttävät hupuissa kitkaa lisäävää pinnoitetta. Suojausominaisuuksien riittävän lujuuden ja toisaalta pakkauskustannusten sekä jälkikäsittelytarpeen keskinäinen optimointi on vaativa tehtävä. Ympäristöystävällisyydellä ja kierrätykseen sopivuudella on suuri merkitys. Sahatavaraniput varastoidaan satamissa ja sahoilla ulkovarastoissa, katoksissa tai sisävarastoissa päällekkäin pinottuina. Käsittely tehdään yleensä haarukkatrukilla. Kuljetus satamiin tapahtuu joko junalla tai kuorma-autolla. Ahtausliike suorittaa tavarakäsittelyn satamavarastointiin laivausta varten tai tavara voidaan toimittaa myös suoraan aluksen kupeelle. Toimitusehdot määrittävät toimitustavan. Sahatavaraniput lastataan alukseen nosturilla (lo-lo) tai ne voidaan kuljettaa lauttavaunuilla, trailereilla tai kuorma-autoilla (ro-ro), myös storo-lastausta käytetään. Aluksen koosta riippuen voi ahtaaja käyttää aluksen ruumassa työkonetta (lo-lo, storo). Nosturilla nostettaessa nostoapuvälineinä käytetään yleisimmin polypropyleeniköysiä tai keinokuituvöitä, jotka kulkevat lastin mukana. Teräsvaijereiden käyttö on vähäistä. Nostoapuvälineet mitoitetaan tavaran painon ja nostotavan mukaan. Sahatavaran kuljetus konteissa on lisääntymässä. Laivattavasta lastista toimitetaan tarpeelliset tiedot aluksen päällikölle (Manifest of Cargo, Loading Order, erityisominaisuudet, merkinnät, määrä jne.). Ahtaaja suorittaa aluksen lastauksen aluksen laatiman hyväksytyn/hyväksymän lastaussuunnitelman mukaisesti (Cargo plan), josta ilmenee lastin sijoitus aluksessa. 2.2 Lastinkiinnityskäsikirja ja lastaus Lastinkiinnityskäsikirjassa on annettu mm. seuraavia ohjeita koskien sahatavarapakettilastia: Ohje: tavaran lähettäjän tulee antaa aluksen kapteenille ainakin seuraavat tiedot: pakettien määrä ja lastin kokonaistilavuus 30

3 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne lastin todellinen kosteus (kosteuden ollessa suurempi kuin kuljetuskosteus, jolloin tiheys on 0,435) pakettien mitat jaoteltuina vakiopituisiin ja vaihtelevanpituisiin paketteihin kitkakertoimet materiaalipareille lasti/lasti, lasti/teräs ja lasti/puu paketeille, jotka on suojattu vedenpitävillä päällysteillä nimellinen lastaustilavuus, lastattavaksi ilmoitetut puulajit ja niiden tiheydet FJORD PEARLin päällikkö ei saanut kitkakerrointietoja. Toisaalta lastinkiinnityskäsikirjassa ei ole esitetty, miten kitkakertoimia käytetään. Käsikirjassa laskenta perustuu sahatavarapakettipinon stabiliteettikulmaan, joka puolestaan riippuu kitkakertoimesta ja pinon kaatumiskulmasta. Muuttuvien olosuhteiden vaikutusta ei ole esitetty. Lastin sijoittelusta johtuen syntyi puutavarapakettien keskinäisten ja pakettien ja alustan välisten vaakasuorien kitkapintojen lisäksi pystysuoria pakettien välisiä kitkapintoja. Lastilla oli tasainen alusta vain lastiluukuilla ja kannella. Tilannetta mutkistivat edelleen paketteja ympäröivät lastausköydet ja pakettien suojahuput. Liitteessä 4 on esitetty yleisesti saatavilla olevia kitkakertoimia. Ne on annettu kuiville tai märille puu- ja metallipinnoille. FJORD PEARLin lastinkiinnityskäsikirjassa käytetty pakettipinon stabiliteettikulma 17 vastaa kitkakerrointa µ = 0,3. Kun sitä verrataan yleisesti käytettyihin kitkakertoimiin, voidaan todeta, että se sisältää merkittävää turvamarginaalia. Eri lähteissä esitetään liikkeellelähtökitkakertoimeksi materiaaliparilla puu/teräs kosteana µ = 0,4-0,5, jolloin pintojen välissä ei ole köysiä eikä huppuja. FJORD PEAR- Lin haverilastin kiinnityksen laskentatapa ei ole selvinnyt tutkinnassa. Tässä tapauksessa olisi tarvittu tietoja talvisista kitkakertoimista, sillä ne saattaisivat tulla niin pieniksi, että pinon stabiliteettikulma määräytyisi niiden perusteella. ICHCA:n (International Cargo Handling Co-Ordination Association) suositus mainitsee lumisille ja jäisille puu/metallipintapareille kitkakertoimeksi µ = 0,1. IMO:n puutavarakansilastia koskevissa suosituksissa varoitetaan kitkan heikkenemisestä jäätyneellä lastiluukulla. Kuitenkaan mitään käytännöllistä menettelytapaa ei ole annettu tilanteen hallitsemiseksi näissä ohjeissa tai lastinkiinnityskäsikirjassa. Lastauksen aikana lumi ja jää poistettiin sahatavarapaketeista ja lastiluukuilta kitkakertoimen pitämiseksi mahdollisimman suurena. Vallinneessa tuulessa ja aallokossa aluksen kansilasti kastui osittain, vaikka se oli peitetty pressuilla. Lasti oli kylmä, lastaustilanteessa -20 C. Matkan aikana kansilastin ulommaiset osat lämpenivät ulkoilman -4 asteeseen. Lastiruumissa lasti oli kylmintä. Oletettavasti kaikille pinnoille syntyi huurretta, joka pienensi kitkaa. Veden lämpötila oli noin +1 C. Ilman kosteudesta ei ole tietoa. Todennäköisesti lastin kanssa kosketuksiin päässyt merivesi jäätyi paikka paikoin. Kerrosten välissä saattoi siten olla yhtä aikaa vettä ja jäätä. Köysien vaikutuksesta lastikerrokset eivät kaikkialla koskettaneet tiiviisti toisiaan. Jäi välejä, joihin saattoi päästä vettä, joka jäätyi. Syntyi yhdistelmä kitkasta, voitelusta ja liimauksesta. 31

4 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne Tutkintaryhmä päätti teettää kitkakoesarjan, joka jäljittelisi mahdollisuuksien mukaan yllä olevia talviolosuhteita. Aluksella materiaalipari puu-köysi-metalli ja puu-metalli ovat tärkeimmät ja ne vastasivat tilannetta lastiluukuilla. Muissa kerrosväleissä oli puu-köysihuppu. Osa kokeista tehtiin jääpintaisella, -22 C jäähdytetyllä teräslevyllä. Mittauksia toistettiin jään vähitellen sulaessa huoneenlämpötilassa. Kuvassa 22 on esitetty sulamisen vaikutus. Aluksi pinnat olivat jäiset, pintalämpötila -2-4 C pakkasta. Lopuksi pinnat olivat täysin sulaneet. Liite 4 sisältää tulokset tästä koesarjasta. Kitkakerroin pienenee voimakkaasti sulamisen edetessä ja alkaa kasvaa, kun jää on kokonaan sulanut. Kitkakerroin 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 puupaketti lastiluukulla köydet ilman köysiä 0, Minuutteja huoneenlämmössä Kuva 22. Lämpenemisen vaikutus kitkakertoimeen VTT:llä tehdyissä kitkakokeissa Kitkan käyttäytymisestä tehtyjen selvitysten ja havaintojen perusteella voidaan todeta, että FJORD PEARL joutui olosuhteisiin, joissa kitkakertoimet ja sahatavarapakettipinon stabiliteettikulmat oleellisesti heikkenivät kansilastin kiinnityksen lähtökohtana olleista oletusarvoista. Ohje: lastiluukkujen päälle saa pinota puutavarapaketteja pitkittäin tai pitkittäin ja poikittain. Jos käytetään pitkittäistä ja poikittaista pinoamista, asetetaan toinen kerros poikittain, kun on kaikkiaan kolme kerrosta ja ensimmäinen ja kolmas kerros poikittain, kun on kaikkiaan neljä kerrosta. Aluksella oli paketit sijoitettu kolmen kerroksen sekavaihtoehdon mukaan vaikka osa lastista oli neljässä kerroksessa. Päällikkö oli päätynyt tähän, koska neljäs kerros oli alle puolet kansilastin pituudesta. Pinoamistapa vaikuttaa pakettipinon stabiliteettikulmaan. Lastinkiinnityskäsikirjan kuva tulee korjata siten, että pitkittäiset paketit tulee sijoittaa laidoille myös poikittaispakettikerroksessa. 32

5 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne Ohje: pinottaessa paketteja pitkittäin kahteen tai kolmeen kerrokseen tulee ennen lastauksen aloittamista pystyttää aluksen laidoille tukitolpat. Jos kansilasti suojataan pressulla, lastin ja tolppien väliin tulee jättää mm rako. Pakettien suojaaminen pressuilla tehdään, jos vastaanottaja sitä vaatii. Tukitolpat pystytettiin, vaikka käytettiin pitkittäis-poikittaista pakettien sijoittelua. Ohjeiden mukaan tukia ei tarvita myöskään, jos pitkittäin pinottujen kahden tai kolmen kerroksen ylin kerros on siirretty keskilaivalle päin. Tukitolpat asetettiin työturvallisuuden parantamiseksi (pakettipinojen sortumisen varalta, kun niitä ei vielä ole kiinnitetty). Ohje: lastikiinnitys tulee aina kiristää tiukalle. Kiinnitykset tarkistetaan merellä kaksi kertaa tai tarvittaessa useamman kerran vuorokaudessa. Kun saadaan myrskyvaroitus, on tehtävä ylimääräinen tarkastus. Viimeksi kiristykset oli tehty kuusi tuntia ennen haveria, jolloin oli jo tiedossa myrskyvaroitus. Ei ole selvillä, oliko tämä normaalin tarkastusohjelman mukainen vai ylimääräinen, myrskyvaroituksesta johtuva tarkastus. Haveriin mennessä kiristykset olivat ehtineet löystyä. Kiristysvoimaa ei mitattu, joten ei voitu tietää miten lähellä se oli tavoitearvoa. Tutkinnassa ei ole selvinnyt, mikä oli tämä tavoitearvo. Lisäksi IMO:n ohjeistossa mainitaan mm.: Ohje: ilmaputket ja tuuletuskanavat tulee suojata hyvin. Ilma- ja peilausputket sekä tuuletuskanavat oli rakennettu määräysten mukaan. Siirtynyt kansilasti rikkoi osan partaasta, jolloin sillä alueella ilma- ja peilausputket rikkoontuivat. Ohje: lastauksen aikana puutavarakansilasti tulee pitää puhtaana lumesta ja jäästä. On tiedossa, että ahtaaja poisti lunta ilmapuhalluksella ja jäätä nuijimalla. Jonkin verran lunta jäi sahatavarapaketeille ja luukuille, koska sitä satoi lastauksen aikana. 2.3 Aluksen lastaus ja talviset olosuhteet Talviaikana sahatavaranippuihin kerääntyy kuljetusketjun aikana vettä, lunta, jäätä ja kosteutta. Osa nipuista varastoidaan ulkosalla, osa katetuissa, mutta osittain avonaisissa varastoissa. Tuulen vaikutuksesta pakettien väleihin, rakoihin ja pintoihin huppujen alla pääsee vettä ja lunta. Myös alus voi olla luminen ja jäinen lastauksen aikana. Talviaikana lämpötila voi vaihdella lastauksen ja merimatkan aikana kovasta pakkasesta useisiin lämpöasteisiin. Kun tämä seikka yhdistyy tuuleen, vesi- ja lumisateeseen ja merellä vielä roiskeisiin tai aaltojen kasteluun, voi tuloksena olla painon lisäys ja kitkakertoimien huomattava pieneneminen. Jäissä ajo tärisyttää lastia huomattavasti enemmän kuin avovesikulku. Pimeys ja kylmyys haittaavat ihmisten toimintaa. 33

6 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne Kansilastin kiinnityksen suunnittelua varten päällikön tulisi saada tietoja sahatavarapakettien fysikaalisista ominaisuuksista ja varastoinnista. Lisäksi olosuhteet merellä vaikuttavat kitkakertoimeen. Lastin tilaa seuraamalla voidaan arvioida, onko syntymässä kriittinen kitkatilanne. Tämä tulee ottaa huomioon alusta navigoitaessa. Lastinkiinnityskäsikirjaan tulisi lisätä vastaavat ohjeet. Kuva 23. Ulkosäilytyksessä olleita puupaketteja, varastoinnissa tulisi huomioida työturvallisuus (Työterveyslaitokselta saatu kuva) 2.4 Kallistuma-kitkakerroin vuorovaikutuksen arviointi Lastinkiinnityskäsikirjaan perustuva laskelma Lastinkiinnityskäsikirjan mukaan, tutkinnassa laskettu, tarvittava kiristävä kokonaisvoima on 4592 kn. Se on laskettu liitteessä 2. Maksimikulma, johon alus kallistuu on 34 ja dynaaminen stabiliteettikulma, jonka kansilasti kestää siirtymättä merenkäynnissä, on 16,5. Kiinnitystä tarvitsevan kansilastin painoksi on oletettu 1250 t Vallinneet kitkakertoimet Erilaisia vastakkain olevia vaakasuoria liukupintatyyppejä oli useita. Kaikissa, paitsi reunimmaisessa alinna olevassa oli lastausköysi mukana. Lisäksi köydet saattoivat olla päällekkäin ja ristikkäin monissa eri asennoissa. Myös pakettien mittavaihtelut ja epätasaisuudet sekä lumen, jään ja huurteen esiintyminen oli todennäköisesti ollut hyvin 34

7 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne epätasaista. Paikoin pintapaine saattoi tulla niin suureksi, että jää suli, jolloin kitkakerroin siinä kohdassa pieneni huomattavasti. Aluksen liikkeiden vaikutuksesta lasti liikkui hieman ja tiivistyi. Sellaisen lastin pinta-ala, joka lepäsi jään päällä, saattoi kasvaa ja pienentää keskimääräistä kitkakerrointa. Jäätä ja lunta jäi lastauksessa lastipakettien väleihin. Vaikka lasti oli suojattu pressuilla, jäätä kertyi lisää roiskeveden, aaltoilun ja pakkaslämpötilan yhteisvaikutuksesta. Jäisten lastipintojen välissä oli hetkittäin vettä. Voidaan olettaa, että kitkakertoimet pienenivät huomattavasti matkan edistyessä ja lämpötilan noustessa. Pietarsaaresta lähdettäessä lasti oli kylmää, varsinkin ruumissa. Matkan aikana ilman lämmetessä, syntyi pinnoille huurretta, joka pienensi kitkaa. Yllä olevista tekijöistä johtuen voidaan vain selvittää keskimääräiselle kitkakertoimelle ja kansilastin liikkeellelähtökulmalle rajat, joiden sisällä ne ovat olleet. Laskelman tulokset on esitetty kuvassa 24. Kiristysvoiman suuruudeksi haverihetkellä on arvioitu kn. Kiristyksestä haverihetkeen kului noin kuusi tuntia. Sinä aikana sääolosuhteet olivat huonoimmillaan, minkä johdosta lasti todennäköisesti vielä tiivistyi. Tästä seurasi kiristysvoiman pieneneminen. Fjord Pearl, kriittiset keinumiskulman amplitudit eri kiristysvoimilla kitkakertoimen funktiona keinumiskulman amplitudi lastin siirtyessä, astetta todennäköinen muuttujien alue haverissa Kiinnitys ei enää kestä kiinnityksen rajakulma kiristys 40 kn kiristys 60 kn kiristys 80 kn ei kiristystä 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 keskimääräinen kitkakerroin lastiluukuilla Kuva 24. Kriittiset kitkakerroin-keinumiskulma-kiristysvoimayhdistelmät Raporttien mukaan alus kallistui ensin vasemmalle 15. Kansilasti ei lähtenyt liikkeelle, mutta sen stabiliteetti saattoi häiriintyä. Voidaan päätellä, että kitkakerroin oli vähintään 0,12-0,17. Kitkakertoimeksi haverihetkellä on arvioitu 0,18-0,25 kiristysvoimasta riippuen. Kuvan 24 perusteella voidaan todeta, että lastinkiinnityskäsikirjan ohjeiden mukaan laskettu kiinnitys on riittävä, jos kitkakerroin ylittää 0,35-0,4. 35

8 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne Lastin paikan vaikutus Keinuminen, mutkailu ja jyskintä ovat liikkeitä, jotka tapahtuvat kiertymisakselin ympäri. Kiertymisliikkeestä johtuvat voimat ovat suoraan verrannollisia lastin osan etäisyyteen kiertymisakselista. Jyskinnästä ja mutkailusta johtuvat voimat ovat pieniä verrattuna aluksen perä- ja keulapään lasteihin vaikuttaviin, massasta johtuviin voimakomponentteihin kallistuneessa asennossa. Liitteen 3 mukaan 1. kerroksessa sivusuuntainen voima saadaan kaavalla massa x 0,25 ja neljännessä kerroksessa kaavalla massa x 0,38. Vaikutus on enimmillään 6% lisäys staattisiin voimiin. Ylimmässä kerroksessa vain yhden kansilastikerroksen massa aiheuttaa kitkavoiman ja toisaalta siirtävän voiman. Kiinnitysvaijerin kiinnitysvoima on noin 90% kiristysvoimasta, johtuen vaijerin kaltevasta asennosta yläkulmassa. Ylimmässä kerroksessa kansilastin massasta johtuvat voimat ovat pienimmillään verrattuna kiristysvoimiin. Tilanne muuttuu mentäessä alaspäin. Kiristysvoima saavuttaa seuraavassa kerroksessa maksiminsa, mutta massasta johtuvat voimat kasvavat edelleen. Kitkakertoimen suuresta paikallisesta vaihtelumahdollisuudesta johtuen on vaikea arvioida, mistä kohdasta kansilasti on ensin liikahtanut. Se, että kansilasti on liikkunut eniten aluksen peräosassa, saattaa johtua siitä, että peräpää on aallokossa aluksen kallistuessa samalla liukunut aallon kylkeä alas. Ei ole selvää, liikahtiko lasti ensin ruumassa vai kannella. Ruumassa ei ollut pystysuoraa puristavaa lisävoimaa, vaan pitovoima muodostui sahatavarapakettien omasta painosta. Pinot ovat huojuneet hieman. Toisaalta kitkakerroin ruumassa saattoi olla suurempi kuin kannella. Ruuman olosuhteiden vaikutusta lastin pintojen kitkaominaisuuksiin on vaikea arvioida. Ruuman lasti oli alun perin hyvin kylmää, -22 C. Vertailemalla eri pintaparien kitkakertoimia, voidaan päätellä, että lastiluukun päällä oleva lastikerros oli kriittisin siirtymisen kannalta Lastinkiinnitysvaijerien kuormituksen arviointi Raporttien mukaan vaijerit säilyivät ehjinä. Ensi vaiheessa kiinnitysvaijerit kuormittuivat köysikitkan johdosta kansilastin lähtiessä liikkeelle. Toinen kuormitushuippu syntyi, kun siirtyvä kansilasti pysähtyi kiinnitysvaijerien varaan. Ennen lopullista pysähtymistä osa kansilastin liike-energiasta oli kulunut seuraaviin ilmiöihin: tukitolppien katkaisu, laivan kallistaminen, kiinnitysvaijerien ja kansilastin välinen hankaus, sahatavarapakettien sisäinen muodonmuutos ja niiden välinen hankaus. Kiinnitysvaijereiden venymän tulee olla alle 5%, kun kuormitus on 80% murtolujuudesta. Tämä raja on 110 kn. Köysikitka saattoi aiheuttaa lähellä tätä arvoa olevan kuormituksen. Kansilastin pysähtymisen vaikutuksen on arvioitu olleen pienempi. 36

9 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne Miehistö tarkasti kiinnitysvaijerit silmämääräisesti aluksen vaurioiden korjauksen yhteydessä. Jotkin vaijerit katkaistiin. Mitään vaurioita kiinnitysvaijereissa ei löydetty. Kiinnitysvaijereissa on kuitenkin saattanut tapahtua muutoksia, minkä johdosta niiden tarkkailua on syytä lisätä. 2.5 Aluksen haveritilanteen arviointia Aluksen tilanteen vaarallisuus Vallinneissa olosuhteissa FJORD PEARLia uhkasivat useat vaaratekijät: Aluksen kääntäminen myötätuuliasemasta tuulta vasten 22 kallistumalla oli vaativa operaatio. Alus keinui vielä voimakkaasti tämän tasapainoaseman molemmille puolille. Tässä käännöksessä oli ilmeinen lisävaurioiden syntymisen vaara. Kansilasti saattoi siirtyä lisää. Keinuminen saattaisi katkaista joitakin vaijereita. Päällystöllä ei voinut olla varmuutta lastinkiinnityslaitteiden kunnosta kansilastin siirryttyä. Osa kansilastista saattaisi jäädä roikkumaan ulkosivuihin ja osa joutua potkuriin. Siirtyvä kansilasti saattaisi rikkoa lisää ilmaputkia sekä aluksen parrasta ja laidoitusta. Lisäkallistuma olisi vaarallista. Pumput kykenivät vaivoin pitämään tilanteen vakaana. Häiriö pumppauksessa olisi johtanut kallistuman lisääntymiseen. Sääennusteiden mukaan sää oli paranemassa, mutta jäätämisvaroitus oli edelleen voimassa. Vallinneissa olosuhteissa jään poistaminen olisi ollut mahdotonta, joten jään kerääntymisen aiheuttama vakavuuden huonontuminen oli otettava huomioon. Jään kertyminen ja kallistuma estivät ankkuripelin käytön. Kallistuneen aluksen hallinta oli vaikeaa. Pystyttiin käyttämään vain vasemman puolen dieselöljytankkeja. Alus kulki ilman luotseja noin 13 tuntia. Oikealla puolella olevat asuintilojen alimmat ikkunaventtiilit ja yksi asuintiloihin johtava oven kynnys olivat veden alla Aluksen vakavuus kallistuskulmalla 26 Haverin jälkeen alus ohjattiin keula vasten tuulta ja aaltoja. Ristiaallokon johdosta alus kallisteli muutaman asteen. Liitteen 3 mukaan voidaan todeta, että jos alus pysyy vasten tuulta, tuulenpuuskista ei ole vaaraa. Jos alus joutuisi sivutuuleen, se keinuisi 10 ja saattaisi kallistua noin 40. Tällöin lähestytään lastin irtoamisen rajaa. Jään kertyminen vaikuttaa kahdella tavalla. Ensinnäkin se nostaa painopistettä, jolloin vakavuus huononee. Toiseksi jäätä kertyy enemmän kallistuneelle laidalle, mikä kallistaa alusta. Seuraavassa tarkastellaan 200 tonnin jään lisäyksen vaikutusta. Jää sijoite- 37

10 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne taan 12 m korkeudelle ja 3 m etäisyydelle keskiviivasta kallistuneelle puolelle. Aluksen uusi kallistuskulma olisi 30, ja se kallistelisi noin 38 asti keula vastatuuleen. Aluksen reitti Utöhön oli onneksi vasten tuulta, joten aluksen keinunta pysyi alle 5. Matka Utöstä Turkuun kulki sivutuulessa, mutta tuuli tuli kallistuman ja rannikon puolelta. Lisäksi tuuli oli heikkenemässä. Yhteenvetona voidaan todeta, että alus oli saatettu Pietarsaaresta lähdettäessä lastitilanteeseen, jossa vakavuus riitti 26 pysyvällä kallistumalla. Laskelmissa oli sääntöjen mukaan varauduttu noin 43 m/s nopeudella puhaltavaan tuuleen Vedentulon vaikutus alukseen Seuraavassa arvioidaan kohdassa esitettyjen vaurioiden aiheuttaman vedentulon vaikutusta. Ruumiin kertyi vettä todennäköisesti peilausputkien ja/tai lastiluukun ja karvelin välin tiivistevuodosta. Polttoainetankki nro 2 on keskilaivalla ja se oli polttoainetta noin puolillaan, joten sinne kertyvä vesi ei kallistanut laivaa, mutta lisäsi hieman syväyttä ja peräviippausta. Polttoaineesta tuli käyttökelvotonta. Toiseen polttoainetankkiin johtavat putket säilyivät ehjinä. Ruumiin kertyvä vesi jäi ruumien laidoille kulmiin ja vaikutti siten kallistavasti ja syväyttä lisäävästi. Kuivatankki sijaitsee laidalla ja sinne kertyvä vesi kallisti laivaa ja lisäsi syväyttä. Ilmaputkien halkaisija oli 133 mm, peilausputkien 57 mm ja niiden rikkoontuneet päät olivat noin 2,5 m vedenpinnan alapuolella. Veden sisäänvirtausnopeus putkien kautta voidaan laskea tunnetusta kaavasta v = k 2 gh, jossa vesi purkautuu pienestä astian kyljessä olevasta reiästä. Saadaan veden purkautumisnopeudeksi = 2 9,81 2, 5 = 7,0 m/s. Yhden ilmaputken pinta-ala on 139 m 2 ja peilausputken 26 m 2. Arvioidaan putkien ja ruumien luukkujen tiivistevuotojen aukkoja olleen tehollisesti kaikkiaan 450 m 2. Otetaan huomioon virtausvastus, jolloin käytetään kerrointa k = 0,3 ja saadaan noin 340 t/h. Tätä kompensoitiin kahdella tyhjennyspumpulla, joiden tuotto oli à 100 t/h. Näin ollen pumpputeho ei olisi riittänyt. Kuitenkin raporttien mukaan tilanne saatiin stabiloitua. Tämä voidaan selittää seuraavasti: kertyvän veden oli myös painettava ilmaa pois tieltään, jolloin yllä olevan kaavan oletus, että ilmanpaine tankissa on sama kuin ulkoilman paine, ei pidä paikkaansa. Todennäköisesti myöskään aukot eivät olleet siistejä reikiä. Myös aukkojen yhteiskoko on vain arvio. Aluksella oli onnea sikäli, ettei syntynyt suurempia aukkoja. Tankkien täyttyminen ei vielä olisi ollut kohtalokasta, mutta kolmen ruuman täyttyminen olisi ajan mittaan upottanut aluksen. Toisaalta ruumien vuoto oli hidasta. Tilanne kyettiin kahdella pumpulla pitämään hallinnassa, mutta esim. toisen pumpun häiriö olisi johtanut noin 100 t kertymiseen tunnissa. Noin 17 t lisäys merkitsee 1 cm syväyslisäystä, ts. tunnissa syväys olisi kasvanut noin 6 cm. Kallistuma olisi kasvanut 3. Aluksen hydrostatiikka- ja vakavuuden peruskäyrästöjä ei ole tiedossa, mutta voidaan arvioida, että aluksen tilanne olisi toisen pumpun rikkoontuessa ilman ulkopuolista pumppausapua tullut kriittiseksi lähitunteina. 38

11 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne Pelastustoimien arviointia Aluksen henkilöstö osoitti korkeata merimiestaitoa hallitessaan vaikean tilanteen. Aluksen lähettämän vaaratilannetta koskevan ennakkoilmoituksen ja haverihetken väliä on noin 7 tuntia. IAMSAR-sopimuksen mukaisen ennakkoilmoituksen olisi voinut lähettää huomattavasti nopeammin. Lähettämällä ennakkoilmoituksen aikaisemmin aluksen päällikkö olisi varmistanut henkilöstönsä turvallisuuden ja olisi nopeuttanut pelastustoimien käynnistymistä siinä tapauksessa, että jotain yllättävää olisi sattunut. Pelastustoimissa varauduttiin aluksen evakuointiin riittävällä kalustolla. Toiminta oli niin nopeaa kuin käytännössä oli mahdollista. Alukseen pidettiin yhteyttä. Aluksen luotsaus tehtiin kahdella luotsilla, koska tilanne oli vaikea. Tilannetta analysoitiin onnistuneesti, mm. hinausapua hankittiin. Puutavaralastin purku järjestettiin joustavasti. 39

12

13 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne JOHTOPÄÄTÖKSET 3.1 FJORD PEARLin lastin siirtyminen Kansilastin siirtymiseen johtanut tapahtumaketju voidaan jakaa seuraaviin vaiheisiin: 1. Kääntyminen ja siitä johtuva kallistuminen tuulessa ja merenkäynnissä. 2. Kallistuman ja kiihtyvyyksien johdosta kitkaraja ylittyi ja lasti lähti liikkeelle. 3. Lasti siirtyi ja sai liike-energiaa ja laiva kallistui lisää. 4. Lasti pysähtyi vaijerien varaan, liike-energia absorboitui, mm. tolpat katkesivat. Ilmaputkia rikkoontui, kannen kulmaan tuli repeämä, aluksen kallistuma pieneni hieman keinunnan vaimennuttua. 5. Alus jäi uuteen tasapainoasentoon, vettä alkoi valua syntyneistä vaurioituneiden rakenteiden rei istä. 6. Pumppujen käynnistyttyä alus saatiin uuteen tasapainoasentoon. Alus alkoi kääntyä sivuaallokosta sivumyötäiseen aallokkoon. Päällystön kertoman mukaan alus ei aluksi lähtenyt kääntymään. Nopeutta jouduttiin nostamaan kääntymisen onnistumiseksi. Alus kallistui yli kriittisen kansilastin kitkarajan ja lasti lähti liikkeelle. Tämän tuloksena alus keinahti 30. Lastauksen ja matkan aikaisen sään johdosta kitkakertoimet olivat oletettua pienemmät. Lasti lähti liikkeelle kallistuman ollessa 19-22, jolloin liikkeellelähtökitkakerroin oli 0,18-0,25. Liikkeelle lähteneen lastin kitkakerroin pieneni edelleen. Kitkakertoimen määrittämiseksi tehdyissä kokeissa saatiin varoittavaa näyttöä ulkosäilytyksessä olleen jäätyneen puutavaralastin kitkan arvaamattomasta kehityksestä, kun lasti lämpenee. Tällaiselta lastilta saattaa kitkan oleellinen pieneneminen aiheuttaa yllättäviä seuraamuksia olosuhteissa, joissa lastin siirtymisen vaaraa ei vielä pitäisi olla. Tästä syystä tulee talvella puutavaralasteja kuljetettaessa kiinnittää erityistä huomiota lastin sitomiseen siten, että sidonnalla estetään lastin vakavuudelle vaarallinen suurehko siirtyminen. Toisena turvallisuutta parantavana ratkaisuna voidaan pitää sahatavaran kansilastina kuljettamisesta pidättymistä talviolosuhteissa. Lasti oli kiinnitetty ohjeiden mukaan. Tutkinnassa tehtyjen laskelmien mukaan kiinnitysvaijerien kireydellä on suuri vaikutus kansilastin paikallaan pysymiseen. Jos on syytä epäillä kiinnitysten löystymistä, on navigoinnissa kiinnitettävä huomiota aluksen liikkeiden vähentämiseen. Kiristyksen merkitys korostuu pienillä kitkakertoimilla. Todellista kiristysvoimaa ei aluksella tiedetty, koska sitä ei mitattu. Voidaan todeta, että aallokko- ja tuuliolosuhteet eivät ylittäneet mitoitusrajoja Aluksen pituus oli lähellä aallokon vallitsevaa pituutta. Vasten aaltoja kulkiessaan alus jyski voimakkaasti. Erilaisissa kulmissa aallokkoa kohdattaessa aluksen keinunta oli arvaamatonta. Myötäaallokkoon kulkiessa ohjailu oli vaikeaa. 41

14 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne Kääntymisen aikana syntyneet lastia siirtävät voimat ylittivät kitkakertoimen pienenemisen johdosta lastia paikallaan pitävät voimat. Tilanteen mahdollinen kehittyminen on esitetty kuvassa 25. voima, [kn] lastia paikallaan pitävät voimat kitkakerroin vakio kitkakerroin pienenee lastia siirtävät voimat Kuva Eräs mahdollinen voimien kehittyminen FJORD PEARLin matkalla, hyppäykset lastia paikallaan pitävissä voimissa kuvaavat vaijerien kiristämisiä Aluksen turvallisuuden kannalta sen oli mahdollisimman nopeasti käännyttävä vastatuuleen. Ajon jatkaminen myötätuuleen olisi saattanut aiheuttaa lastille uuden liikkeen. Tästä olisi voinut syntyä lisää vaurioita aluksen rakenteille. Alus joutui muuttamaan kurssiaan avoimella merellä tuulen ja aallokon maksimin hetkellä. Toisaalta pelastumista auttoi se, että tuuli heikkeni haverin jälkeen ja tuulen suunta oli edullinen. 3.2 Onnettomuuteen vaikuttaneita taustatekijöitä Ilmaputket olivat suojatut määräysten mukaisesti, mutta liikkuva kansilasti rikkoi niitä. Tästä syystä haverin seuraukset pahenivat. Lastiluukkujen tiivisteet ovat saattaneet vaurioitua kansilastin liikkuessa, jolloin ruumiin pääsi vettä. Sääennusteiden mukaan odotettiin avoimelle merialueelle Ahvenanmaan eteläpuolelle myrskyä, joka oli tavanomainen. Ei ollut mitään syytä poiketa alkuperäisestä reittisuunnitelmasta, koska kitkakertoimen alenemista ei pidetty riskinä. 42

15 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne Tutkinnassa esiin tulleita muita tekijöitä Toiminta aluksessa, joka oli kallellaan 26 ja keinui muutaman asteen oli vaikeaa ja miehistön kestokyky joutui koetukselle. Nopea avun saanti ja pääsy oikaisemaan alus on tärkeää. Tässä mielessä nopeampi avunpyyntö olisi ollut paikallaan. Luotsien kertoman mukaan aluksen luotsaus Utöstä Turkuun oli heidän uransa vaativin. Yli yhdeksän tunnin luotsaus vaati veronsa niin henkisesti kuin ruumiillisestikin. Matkalla tuli sakea sumu. Kallistuman vuoksi tutkat antoivat kallistuman puolelta kaikuja jäistä, joten tutkakuva oli ajoittain epäselvä ja hävisi välillä kokonaan. Tilanne oli todella vaarallinen, etenkin kapeikoissa. Merenkulun turvallisuudesta huolehtivien viranomaisten tulee huolehtia, että vastaavissa vaaratilanteissa työtään suorittaville luotseille järjestetään kaikki tarvittava tuki haveristin saamiseksi miehistöineen turvaan ilman tarpeettomia riskejä. Teknisten paikannusjärjestelmien käyttö, saattohinaus ja luotsien riittävä monitorointituki on saatava käyttöön. Tutkinnassa kansilastin kiinnitystä on arvioitu lastikerrosten välisten kitkakertoimien avulla. Lastinkiinnityskäsikirjassa laskenta pohjautuu pakettipinon stabiliteettikulmaan. Lastinkiinnityskäsikirjan mukaan aluksen päällikölle on ilmoitettava muun muassa lastin kitkakertoimet. Kuitenkaan ei ole esitetty, miten kitkakertoimia pitää käyttää lastin kiinnityksessä tai miten ne vaikuttavat pakettipinon stabiliteettikulmaan. Puutavaralasteja kuljetetaan yleisesti talviolosuhteissa. Kuitenkaan lastinkiinnityskäsikirja ei sisällä ohjeita, miten kitkakertoimet tai stabiliteettikulma muuttuvat eri olosuhteissa. Ei myöskään ole esitetty täydellistä laskentaesimerkkiä. 3.4 Turvallisuutta parantavat toimenpiteet Tutkinnassa on käynyt ilmi, että kiinnitysvaijereiden kireyttä ei käytännössä tiedetä. Kireydellä on suuri vaikutus lastin paikallaan pysymiseen ja siten laivan turvallisuuteen. Tieto kiristysvoimasta tulisi olla käytettävissä koko matkan aikana. Lisäksi lastinkiinnityskäsikirjassa tulee olla menetelmät tarvittavan kiristysvoiman määrittämiseksi eri kitkakertoimilla ja keinumiskulmilla. Tällöin päällikön mahdollisuudet arvioida lastin kiinnityksen turvallisuutta vaihtuvissa kitka- ja merenkäyntiolosuhteissa paranevat ja hän voi ottaa tämän huomioon navigointisuunnitelmissaan. Tutkinnassa on käynyt ilmi, että lastinkiinnitysvälineiden lujuusarvojen käsitystavoissa on puutteita. Tilannetta tulisi korjata siten, että kaikissa laitteiden mitoituksissa nojaudutaan murtolujuuteen ja erikseen harkittavaan, tilanteen vaatimaan varmuuskertoimeen. Tutkinnassa on käynyt ilmi, että sahatavarapakettien suojahuppujen kitkakertoimissa on suuria eroja. Koko kuljetusketjun turvallisuuden parantamiseksi on ensiarvoisen tärkeää, että huppujen kitkaominaisuudet normitetaan tiettyihin rajoihin ja ominaisuuksia määri- 43

16 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne teltäessä lähtökohtana tulee olla talviolosuhteet ja ennen kaikkea henkilöturvallisuus. Huppujen kitkatietojen tulee olla sahatavaraerän mukana. Tutkinnassa on käynyt ilmi, että sahatavarapakettien lastauksessa käytettyjen nostoköysien vaikutusta pakettien kitkakertoimiin ja pakettipinon kaatumiskulmaan ei tiedetä. Tilannetta voitaisiin parantaa esim. siten, että sopiva taho lähtee ajamaan kansallista tai kansainvälistä tutkimushanketta tästä aiheesta. 44

17 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne SUOSITUKSET Tässä tutkinnassa ilmenneet talviolosuhteiden turvallisuusriskit tulee pyrkiä minimoimaan. Havaittujen tekijöiden ilmoittaminen kuljetuksen vastaanottavan aluksen päällikölle on muodostettava sellaiseksi rutiiniksi, että päällikkö saa ne automaattisesti tietoonsa. Tutkijat esittävät, että: 1. Huolitsijat saattavat tässä raportissa julkaistavat kitkatiedot rahdin mukana lastaavan aluksen päällikölle. Tutkinnassa on käynyt ilmi, että aluksen lastinkiinnityskäsikirjassa ei ole riittäviä ohjeita eikä selkeätä laskentaesimerkkiä vaihtelevien talviolosuhteiden varalta. Tutkijat ovat havainneet sahatavaran sijoittelua käsittävissä piirroksissa turvallisuuteen liittyvän riskin, joka olisi ainakin tiedostettava. Tutkijat esittävät, että: 2. Lastinkiinnityskäsikirjaan lisätään sahatavarapakettien kitkakertoimia talvisissa olosuhteissa koskevat tiedot sekä selkeä laskentaesimerkki. 3. Lastinkiinnityskäsikirjan kuva tulee korjata siten, että laidoille sijoitetaan pitkittäiset sahatavarapaketit. Talviolosuhteissa puutavaralla lastattu alus matkaa useimmiten lämpeneviin sääolosuhteisiin. Tällöin kylmänä lastatun lastin kitkakertoimet saattavat käyttäytyä ennalta arvaamattomasti. Tutkijat esittävät, että: 4. Merenkulkulaitos ryhtyy toimenpiteisiin tiedottaakseen kansainvälisesti pakkasessa lastatun puutavaralastin kitkakertoimien merkittävästä pienenemisestä aluksen tullessa lämpimämmille vesille. Helsingissä Pertti Siivonen Kai Mäcklin Kalervo Mattila Olavi Huuska 45

18

19 C 1/2002 M M/S FJORD PEARL, lastin siirtyminen ja vaaratilanne LÄHDELUETTELO Seuraavat lähdeliitteet on taltioituna Onnettomuustutkintakeskuksessa: 1. Aluksen lastinkiinnityskäsikirja, venäjäksi, osin suomeksi 2. Aluksen vakavuuslaskelmat, päällikön tekemät 3. Otteita aluksen piirustuksista, joista selviää tankkijako, ilmaputkien tiedot sekä tyhjennys/painolastiputkisto ynnä näihin liittyvä saatekirje 4. Tutkinnan yhteydessä syntyneet muistiot 5. Tutkinnan yhteydessä tehdyt laskelmat 6. Valokuvia 7. Kitkakokeiden aineistot, ja niiden analyysi 8. Ilmatieteen laitoksen säätiedot 9. Merentutkimuslaitoksen meritiedot 10. Merikorttipiirrokset 11. Loppuraportti: Puutavarapeitteiden turvallisuus ahtaustyössä, Carita Aschan, Erkki Rajamäki, Mikko Hirvonen & Tarmo Mannelin, Työterveyslaitos, Fysiikan osasto, Helsinki The Securing of Vehicles on Roll-on/Roll-off Ships, S R Turnbull and D Dawson, RINA Code of Safe Practice for Ships Carrying Timber Deck Cargoes 14. Kuormansidontakäsikirja, ICHCA, Luonnos eurooppalaiseksi standardiksi pyöräajoneuvoille: lastinkiinnityksen laskenta, pren Venäläiset lastinkiinnityssäännöt, osa 2, niteet 1 ja 2, Pietari 1996 ja 1997 (venäjäksi) 17. Lisäksi tutkinnan aikana on käytetty mm. seuraavaa lähdekirjallisuutta Jerzy Matusiak, Laivan kelluvuus ja vakavuus, Otatieto 557 Principles of Naval Architecture, SNAME 1988 John R Knott, Lashing and Securing of Deck Cargo, Third Edition, The Nautical Institute Outinen, Koski, Salmi, Lujuusopin perusteet, Pressus Oy 2000 Anderson P, et al: Safe Stowage and Securing of Cargo OnBoard Ships, Research Report, MariTerm AB, Internetissä löytyy lukuisia puutavaralastin siirtymisraportteja 47

20

21 Liite 1. Alukselta saadut vakavuuslaskelmat 49

22 50

23 51

24

25 Liite 2. Aluksen kansilastin kiinnityksen tarkastelu M/S FJORD PEARL, Paketoidun sahatavarakansilastin kiinnitys Paketoidun sahatavarakansilastin kiinnitysmenetelmät ovat edelleen kehitysvaiheessa. IMO:n ja kansallisten viranomaisten ohjeissa on epäjohdonmukaisuuksia, viitteet /Knott/. Käytännössä kiinnitys tehdään IMO:n vaatiman lastinkiinnityskäsikirjan ohjeiden mukaan. Tällöin tämän käsikirjan laadulla on suuri merkitys. FJORD PEARLin lastinkiinnityskäsikirja on varsin perusteellinen, mutta tutkinnan aikana on havaittu, että siihen tulisi tehdä täydennyksiä ja sisällyttää perusteelliset laskentaesimerkit. Seuraavan esityksen tarkoituksena on tuoda esiin paketoidun sahatavarakansilastin kiinnityksen laskentaan liittyvät tekijät, eikä päätyä tarkkoihin tuloksiin. 1 Kansilastin paikallaan pysymisehto Tässä liitteessä tarkastelemme pääasiassa poikittaisia voimia, koska pitkittäiset ovat yleensä selvästi pienempiä. Tutkitaan staattista tilannetta; keinunnasta johtuva dynamiikka on otettu huomioon liitteessä 5. Aluksi tarkastelemme sivusuuntaista liukumista. Aluksi oletamme, että kuvassa 1 kansilasti pysyy vielä paikoillaan, kun kallistuskulma on θ S. Tällöin kansilastin ja alustan välinen kitkakerroin µ = tan θ S. Sitten alus kallistuu lisää, kulmaan θ DIN. Nyt tarvitaan kannen suuntainen lisävoima K pitämään lastia paikallaan. Saadaan K = mg(sinθ DIN - cosθ DIN tanθ S ) Þ K/cosθ DIN = mg(tanθ DIN - tanθ S ) Seuraavaksi on selvitettävä, miten voima K saadaan aikaan. Tässä tapauksessa kansilastin puristumista alustaa vasten lisätään lastin yli menevällä sidonnalla. Sivusuunnassa vaikuttava voima K syntyy kansilastin ja alustan välisen kitkan vaikutuksesta. 2 Kiinteä lastiyksikkö, kiinnitetty kulmista Tarkastellaan aluksi lastiluukuilla olevaa kiinteätä lastia, kun alus on kallellaan kulman ϕ verran. Kansilasti on kiinnitetty vaijerien avulla yläkulmistaan kanteen. Kiinnitysvoimat ovat F k1 ja F k2 ja ne eroavat kulman α verran pystysuorasta. N on alustan tukivoima ja µ on alustan ja kansilastin välinen kitkakerroin. Vapaakappalekuvion (VKK) avulla saadaan kappaleen paikallaan pysymisehto luukun suunnassa: mgsinϕ µ [(mgcosϕ + (F k1 + F k2 )cosα ] + (F k2 - F k1 ) sinα Tilanteen yksinkertaistamiseksi otetaan jatkossa α = 5, jolloin sinα 0 ja cosα 1. FJORD PEARLilla oli tämä tilanne. Sahatavarapakettilastia ei voi kiinnittää edellä esitetyllä tavalla, vaan käytetään lastin yli menevää sidontaa ja/tai tukitolppia. 53

26 VKK α F k2 µn mgsinφ α mg F k1 Kuva 1. Kiinteä, yläkulmistaan kiinnitetty lasti lastiluukulla mgcosφ N 3 Kiinteä lastiyksikkö, sidonta Muutetaan lastin kiinnitystä siten, että kiinnitysvaijerit yhdistetään lastin yli, kuva 2. Tätä kutsutaan lastin yli kulkevaksi sidonnaksi (kitkaan perustuva kiinnitys). Nyt tulee edellisen tilanteen lisäksi vaikuttamaan kiinnitysvaijerin kulman muutoksesta johtuva jännityksen kasvu juuri ennen kansilastin liikahtamista. Tilanne vastaa köysi- tai hihnakitkaa. Ensimmäisen mutkan jälkeen syntyy kiinnitysvaijeriin voima F k3, joka lasketaan kaavasta: µ 0 85 π / 180 F k3 = F k1 e Toisen mutkan jälkeen kiinnitysvaijerissa on voima: µ π / 180 F k2 = F k1 e Kun nämä otetaan huomioon, saadaan seuraava lastin paikallaan pysymisehto: jossa: mgsinϕ µ [mgcosϕ +F k1 (1 + k)] k = e µ π /180 µ 0 = kitkakerroin vaijerin ja lastin kulmien välillä F k2 = k F k 1 µ0 F k3 VKK mgsinφ µn F k1 F k2 mg Kuva 2. Kansilasti kiinnitetty sen yli vedetyllä kiinnitysvaijerilla mgcosφ N 54

27 Vaijerivoimien laskemiseksi on arvioitava µ0. Sen voi olettaa riippuvan kiinnitysvaijerin kireydestä sekä vaijerin ja lastin kulman ominaisuuksista. Kireyden kasvaessa kiinnitysvaijeri puristuu voimakkaammin lastin kulmaa vasten. Rajaksi tulee kiinnitysvaijerin kestävyys sekä lastin kulman ja koko lastin puristuslujuus. Kiristettäessä kiinnitysvaijereita köysikitka vaikuttaa toiseen suuntaan. Jos kiristyskohta on lastin päällä, saadaan sivuilla vaikuttavat kiristysvoimat jakamalla nimellinen kiristysvoima kertoimella k. Jos kiristys on toisella laidalla, saadaan toisen laidan voima jakamalla kertoimella k. Kun kiristys tehdään lastin päältä, on kiinnitys symmetrinen. Samoin syntyy symmetrinen kiinnitys, jos kiristetään erikseen kiinnitysvaijerin molemmat päät laidoilla. Symmetrinen kiristys on parempi. FJORD PEARLin tapauksessa kiristys tehtiin lastin päältä. Tutkintaryhmän laskelmissa tämä on otettu huomioon pienentämällä pystysuoraa kiristysvoimaa vastaavasti. Kun kiristys- ja liikahdustilanne yhdistetään saadaan merkitsemällä lastin päällä vaikuttava heti kiristyksen jälkeen vaikuttava kiristysvoima = Q Q F k1 = ja alustan suuntainen lastia paikallaan pitävä voima: k Q µ (1 + k)f k1 = µ (1 + k) 2 µ Q k Vaijerin kiristysvoimasta johtuva kannen suuntainen voima, jota kohdassa 1 merkittiin kirjaimella K, on siis likimain 2 µ Q. Saadaan: 2 µ Q/cosθ DIN mg(tanθ DIN - tanθ S ) Termi 2 µ /cosθ DIN on tavallisesti hieman alle 1. Lastinkiinnityskäsikirjassa θ S on pinon stabiliteettikulma, joka on yleensä pienempi kuin kitkakerrointa µ vastaava kulma, joten termin mg kerroin kasvaa. Lopputuloksena saadaan lastinkiinnityskäsikirjan kaava Q = mg(tanθ DIN - tanθ S ) Se sisältää siis hieman turvallisuusreserviä, kun Q on lastin päällä vaikuttava kiinnitysvaijerin kiristysvoima. Toisaalta, reservi on tarpeen tilanteen epämääräisyyden vuoksi. Eurooppalaisessa standardiehdotuksessa /pren / on vastaava kaava, jossa kulmien tilalla ovat kiihtyvyydet. Kitkakulmaa on käytettävä pinon kaatumiskulman sijaan, jos edellinen tulee pienemmäksi kuin jälkimmäinen, katso kohta Sidottu sahatavaralasti 4.1 Kiinteät paketit Tilanne on monimutkaisempi, kun kappale muodostuu paketeista, kuva 3. Liukumisen lisäksi tulee mahdolliseksi pinon kaatuminen. Jokaista pakettia tulisi tarkastella erikseen sen vapaakappalekuvion avulla. Tämä johtaisi monimutkaiseen laskentaan. Lisäksi tarvittavia lähtötietoja on paljon ja ne ovat epätarkkoja. Tilannetta voidaan yksinkertaistaa esimerkiksi siten, että ajatellaan vain laitimmaiset pakettipinot täysin kiinnitysvaijerin 55

28 pystysuoran kiristysvoiman alaisiksi. Käsittelemme tarkemmin vain lastin liukumista. Pinon kaatuminen otetaan huomioon venäläisissä lastinkiinnityssäännöissä ilmoitettujen, kokeellisesti saatujen stabiliteettikulmien avulla. Riittää tarkastella luukun tason yläpuolisia kerroksia, koska luukkujen välissä ja luukkujen karvelien ja partaan välissä lastin siirtyminen on käytännössä estetty. Kun laitimmaisen luukun tason yläpuolella oleva pinon massa on m 1 ja luukun alueella oleva m 2 ja vastaavasti kitkakertoimet ovat µ 1 ja µ 2, saadaan luukun tason suuntainen tasapainoyhtälö: (2m 1 +m 2 )gsinϕ µ 2 [m 2 gcosϕ + F k1 (1 + k)] + µ 1 [(2m 1 gcosϕ + F k1 (1 + k)] m 2 m 1 m 1 Kuva 3. Sahatavarapakettilasti luukulla Kitkakertoimet µ 1 ja µ 2 ovat yleensä erisuuret, koska vastaavien massojen alimpien kerrosten alla on eri materiaali. FJORD PEARLin tapauksessa m 2 :n puinen alapinta oli teräksen päällä ja m 1 :n puinen alapinta huputetun puupinnan päällä. Molemmissa väleissä oli lisäksi nostoköydet. Tätä yhtälöä on käytetty määritettäessä keinuntakulmaa, jolla lasti vielä pysyy paikallaan eri kitkakertoimilla. Kerättyihin kitkakerrointietoihin perustuen on laskelmissa käytetty µ 1 = µ 2 + 0,15. Lisäksi on otettu huomioon dynaamiset tekijät, ja tuulen paine, jotka on selvitetty liitteessä 5. Usein köysikitkakerroin on 0,4-0,5, mutta kohdassa 3 luetelluista syistä johtuen arvioidaan sen olevan tässä tapauksessa selvästi pienempi. Taulukossa 1 ovat arvioidut kitkakertoimet ja lasketut k-arvot. Taulukko 1. Vaijerikitkan arvioitu kitkakerroin ja laskettu k-arvo Kireys µ 0 k [kn] 40 0,12 1, ,16 1, ,20 1,810 Kiinnitysvaijerissa vaikuttava voima voi kasvaa juuri liikahtamisen alkaessa 30-40% suuremmaksi kuin lastin päällä vaijerissa ennen liikahtamista vaikuttava voima. 4.2 Sahatavarapakettilasti Sahatavarapaketti on esimerkki lastiyksiköstä, jossa on otettava huomioon sen sisäinen rakenne. Lautakerrosten väliin syntyy liikkeen sallivia pintoja. Ne on edellä voitu jättää 56

29 huomiotta. Sahatavarapaketti on muodostettu pinoamalla koneellisesti saman poikkileikkauksen omaavat laudat tai lankut siten, että syntyy noin 1,1 m 1, 1m poikkipintainen paketti. Syntynyt tiivis paketti suojataan tarvittaessa hupulla ja ympäröidään 2-3 teräksisellä vannenauhalla, jotka kiristetään. Näin syntyneessä paketissa on useita kitkapintoja, kuva 4. n n Kuva 4. Sahatavarapaketti, teräsvanteen kiristysvoima puristaa pakettia, reunimmaiset ja ylimmät sekä alimmat laudat ovat eniten puristuksissa, kitkakerroin pintojen välissä sahatavaran ollessa kuivaa, on noin 0,5, eräs mahdollinen liukupinta on n- n, paketin ollessa puristuksessa (päällä olevat paketit + lastinkiinnitysvoima), paketti puristuu kasaan, jolloin vanteiden kiristys saattaa pienentyä Kun paketteja pinotaan päällekkäin, voidaan tarkastella pinon stabiilisuutta. Selvitetään kokeellisesti kulma, jolla eri tavoin pinotut ja erikorkuiset kallistetut sahatavarapakettipinot pysyvät stabiileina. Venäläisissä säännöissä on ilmoitettu kokeellisesti saatuja sahatavarapakettipinojen stabiliteettikulmia sahatavaran ollessa kuivaa. Pakettipinoa ei ollut sidottu eikä pakettien alla ollut nostoköysiä. Paketit olivat ilman suojahuppua. Kun paketit pinotaan pitkittäin, stabiliteettikulma on 23, 16, 11 ja 0 kun pino on 1, 2, 3 ja 4-7 kerroksinen. Nämä kulmat ovat pienempiä kuin teoreettiset johtuen pakettien keskinäisistä eroista ja pinoamisen epätarkkuuksista. Näitä kulmia voidaan käyttää, jos kitkakulma on suurempi. Jos kitkakulma on pienempi, sitä tulee käyttää. Lastinkiinnityskäsikirjan laskentamenetelmässä kulma θ S on pinon staattinen stabiliteettikulma. Se muunnetaan dynaamiseksi stabiilisuuskulmaksi ottamalla aluksen keinunnan vaikutus huomioon. FJORD PEARLin lastitilannetta lähinnä vastaava staattinen stabiliteettikulma on lastinkiinnityskäsikirjassa 17. Köysien ja huppujen johdosta kulmaa tulisi pienentää. Termin tanθ S sijaan tulee käyttää kitkakerrointa, jos se on pienempi kuin tanθ. S 4.3 Tutkinnassa käytetyt kitkakertoimet Jos yritämme tarkastella sahatavarapakettikansilastia yhtenä kokonaisuutena yhden pinon sijaan, tilanne tulee liian monimutkaiseksi tässä lähestyttäväksi. Sen vuoksi, laskettaessa kansilastin liikahtamisen ehtoja, on tutkinnassa käytetty muuttujana välissä lastiluukku - sahatavarapaketin alapinta vallitsevaa kitkakerrointa. Tämän kitkakertoimen yhteyttä stabiliteettikulmaan ei ole tutkittu enempää kuin edellä on esitetty. 57

30 5 Vaijerin kiristävä voima Lastinkiinnityskäsikirjasta on poimittu seuraavat kiinnityselementtien lujuustiedot. Kiinnitysvaijerin halkaisijan tulee olla vähintään 16 mm (suluissa liitteen E IMO:n puutavaralastiohjeistossa olevat vaatimukset). BL on murtokuorma, SWL on turvallinen työkuorma. SWL:n sijaan olisi parempi käyttää termiä MSL, maksimi kiinnitysvoima. Todellinen murtokuorma ei ole tiedossa. Kiinnitysvälineet ovat venäläisiä. On mahdollista, että BL on suurempi kuin 133 kn, ehkä jopa 200 kn. Ainoa lastinkiinnitysvälineelle ilmoitettava lujuusarvo tulisi olla murtokuorma (BL). Tilanteen mukaan käyttäjä voisi sitten valita sopivan varmuusluvun. Esim. kansilastin tulisi irrota, kun aluksen kallistuskulma ylittää 40, mutta ruumassa lasti ei saisi siirtyä. Taulukko 2. Lastinkiinnitysvälineiden lujuustietoja Nimike kpl SWL [kn] BL [kn] (kg) Kiinnitysvaijeri 14 m 88 77,5 yli 133 (13600) Kiinnitysvaijeri 8 m 8 77,5 yli 133 (13600) Ketju 3 m yli 133 (13600) Vanttiruuvi 59 34,3 yli 133 (13600) Korvake kannella yli 138,3 (14100) Todellinen kiristävä voima vaijerissa jää epäselväksi, sillä aluksella sitä ei mitattu. Ensikiristys ja tarkistuskiristykset merellä tehtiin käsin, kokemuksen pohjalta. Merellä aluksen liikkuessa ja värähdellessä lasti tiivistyy ja kiristävä voima pienenee. Tämän vuoksi vaijereita kiristettiin lastinkiinnityskäsikirjan ohjeita noudattaen kaksi kertaa vuorokaudessa. Viimeinen kiristys tehtiin 6 tuntia ennen haveria noin kello Sen jälkeen kiristys oli saattanut jo hieman löystyä. Todennäköisesti eri vaijereissa on ollut eri kiristysvoimat. Sen vuoksi on laskettu tilanne vaijerin eri kiristysvoimilla ja lisäksi ilman kiristysvoimaa. Laskelmien tulokset on esitetty liitteessä 4. Sahatavarapakettilastin siirtyessä on todennäköistä, että lastin ympärysmitta kasvaa, mikä kasvattaa vaijerissa olevaa kiristysvoimaa ja siten myös lastin siirtymistä vastustavaa voimaa. Toisaalta, paketit puristuvat kasaan. Tuloksena on uusi tasapainotilanne. Todelliset vaijereissa vallitsevat kiristysvoimat ovat epämääräisiä, koska sahatavarapakettirakennelma muotoutuu jatkuvasti uudelleen. 6 FJORD PEARLin kansilastin kiinnityksen laskenta Siirtyvän lastin määräksi on arvioitu 1250 t. Kaavan mukaan saadaan Q = , 81 (tan34 - tan16,5 ) = 4639 kn. Käytössä oli 44 suoraan poikki aluksen vedettyä kiinnitysvaijeria. Lisäksi kansilastin yli oli vedetty 6 ristisidosparia, joista vinouden vuoksi voidaan ottaa huomioon 4. Kaikkiaan oli siis käytössä = 52 kiinnitysvaijeria. Saadaan tarvittavaksi kiristysvoimaksi 89 kn. Jos otetaan huomioon vain poikittaiset vaijerit, saadaan 105 kn. Taulukon 2 mukaan nämä voimat ovat melko suuria ja johtavat varmuuskertoimiin 1,5 ja 1,25 pienimmällä murtokuormalla. Todellinen kiristysvoima eikä kiinnitysosien murtokuorma ole tiedossa. 58